土壤改良对麻疯树多重金属胁迫的缓解效应影响

采用盆栽试验,研究了石灰石、粉煤灰和白云石改良酸性多金属污染土壤对麻疯树重金属胁迫的缓解效应。研究表明:石灰石、粉煤灰和白云石均显著提高多金属污染酸性土壤的pH值,降低了土壤中多金属有效态含量,提高叶绿素含量、相应地降低麻疯树叶抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)、MDA、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、酸性SH和谷胱甘肽含量,促进麻疯树的生长和增加其生物量,显著降低了其根、茎、叶的重金属浓度,这可在一定程度上缓解多金属对麻疯树的毒害;建议使用石灰石为适宜改良剂和麻疯树联合复垦污染的酸性土壤。     

喀斯特高原区5种常见灌木叶片δ~(13)C值的季节变化及其对石漠化程度的响应

测定了贵州高原喀斯特石漠化小流域内5种灌木叶片δ13C值的季节变化,旨在探讨季节及石漠化等级对植物叶片δ13C值的影响。结果表明:不同季节间植物叶片δ13C值呈显著差异,生长初期(4月)叶片的δ13C值显著高于生长中后期(7月、9月及12月);5种灌木种种间差异显著,火棘的叶片δ13C值最负,荚蒾的叶片δ13C值最正,粉枝莓,鼠李和竹叶椒的叶片δ13C值居中;7月不同石漠化等级间植物叶片δ13C值存在显著差异,而在其余月份(即4月、9月及12月)不同石漠化等级间植物叶片δ13C值不存在显著差异,但基本呈现无、轻度石漠化植物叶片小于中度石漠化植物叶片δ13C值的格局;整个生长季中,叶片δ13C值与土壤含水量的相关关系研究表明大多数种在大多数时间随土壤水分的减少其δ13C值增高。     

贵州喀斯特山区植物叶片碳同位素组成研究

通过测定贵州喀斯特山区灌丛12种主要植物叶片的δ13C值,研究了该区植物叶片碳同位素组成特征,以及种间、生境差异和时空变化特征。研究结果表明:该区植物叶片的碳同位素组成的变化范围为-26.98‰--29.15‰,平均值为-28.14‰。研究区δ13C值的分布相对均匀,除高于我国热带雨林区植物外,低于其它地区。研究结果还表明,种间碳同位素组成存在较大的差异。生境的变化对蕨的碳同位素组成影响较大,而对渐尖毛蕨、盐肤木、火棘、马桑影响较小。盐肤木、渐尖毛蕨、云南鼠刺、火棘叶片的δ13C值从生长初期到末期有降低的趋势,但降低的幅度存在差异。植物的δ13C值随小尺度海拔的变化规律与随大尺度海拔变化的规律一致,都是随着海拔的增加δ13C值增大,但不同植物种间变化的幅度是不一样的。     

3种胡枝子抗氧化酶和渗透调节物质对干旱和增强UV-B辐射的动态响应

为探究干旱和增强UV-B辐射对3种胡枝子(美丽胡枝子、二色胡枝子、牛枝子)抗氧化酶活性和渗透调节物质的影响,采用盆栽试验,研究了正常生长(CK)、干旱胁迫(D)、增强UV-B辐射(UV-B)及二者复合胁迫(D+UV-B)下各植物叶片中抗氧化酶活性和渗透调节物质的动态响应.结果表明:3种处理下各植物叶片中SOD活性较对照值均呈先下降后上升趋势,且与单因子处理相比,牛枝子和二色胡枝子在复合胁迫下其SOD活性更高;增强UV-B辐射和复合处理下POD活性随胁迫时间总体呈先上升后下降趋势;CAT活性在干旱和复合胁迫下高于对照值,而在增强UV-B辐射下较对照值有所下降.3种植物叶片渗透调节物质含量(可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸)在各处理中较对照值均有所增加,并呈先上升后下降趋势,但种间差异显著.3种处理均导致各植物叶片内MDA含量不同程度的升高,升高幅度的大小依次为牛枝子＞美丽胡枝子＞二色胡枝子.通过隶属函数法综合评价得出,复合处理下二色胡枝子和美丽胡枝子具有较强的抗氧化能力,牛枝子抗氧化能力较弱.综上,与干旱胁迫和增强UV-B辐射相比,复合胁迫对植物的伤害程度更小,说明干旱与增强UV-B辐射可以相互缓减彼此对植物的伤害,且美丽胡枝子和二色胡枝子在抵抗干旱胁迫和增强UV-B辐射方面具有一定优势.     

矿山强酸性多金属污染土壤修复及麻疯树植物复垦条件研究

采用温室盆栽实验,研究了在不同剂量(质量分数分别为0、0.10%、0.25%、0.5%和1.0%)石灰石改良条件下,大宝山矿强酸性多金属不同污染程度土壤中麻疯树的生长状况和吸收金属特征,并探讨了麻疯树在酸性土壤中生长的抑制因素和石灰石改良适宜剂量.研究表明,在低污染酸性土壤中,Cu和Pb的高活性可能是抑制麻疯树生长的主要因素;而在高污染酸性土壤中,Cd、Cu、Zn等金属的高活性及由强酸引起的Al毒也可能是抑制麻疯树生长的主要因素;石灰石通过提高土壤pH值和降低多金属的生物有效态含量,促进了麻疯树在低污和高污土壤中的生长,其最佳剂量分别为0.25%和0.5%;石灰石可以不同程度地降低麻疯树地上部和地下舔的Cd、Cu、Pb、Zn和Al含量,同时随石灰石用量的增加,其金属含量基本呈降低趋势;麻疯树地下部金属含量高于地上部,且石灰石对麻疯树地下部金属(除Cd外)含量降低幅度较地上部大.因此,种植麻疯树与石灰石改良是联合修复大宝山矿酸性多金属污染土壤的有效措施之一.     

黔中喀斯特石漠化区不同土壤类型对常见植物叶片δ13C值的影响

通过测定黔中喀斯特区清镇市王家寨小流域内常见种叶片δ13C值,探讨土壤类型和石漠化等级对喀斯特植物水分利用效率的影响.结果表明,小流域内不同土壤类型植物叶片的δ13C值总体差异不显著(P>0.05),黄壤区植物叶片δ13C值分布区间较黑色石灰土区窄,变异系数较小,整体较黑色石灰土区偏负.小流域内黑色石灰土区植物群落δ13C均值随石漠化进行趋正,黄壤区随石漠化呈现出先趋正后趋负的变化格局.方差分析结果显示黄壤区各石漠化植物群落δ13C值间不存在显著差异(P>0.05),黑色石灰土区各石漠化植物群落δ13C值间均存在显著(P<0.05)或极显著差异(P<0.01).相关分析结果显示黄壤区植物叶片δ13C值的主要影响因子为土厚和坡度,黑色石灰土区为土壤含水量.研究区土壤对植被δ13C值的影响是通过调节土壤水分实现的.     

溢油胁迫下海洋微藻脂肪酸合成过程中碳稳定同位素分馏效应

为了研究溢油对海洋生态系统中海洋微藻生长的影响,本文探讨了在不同含量燃料油180号水溶性成分(WAF)胁迫下纤细角毛藻脂肪酸碳稳定同位素比值(δ13C)的变化。结果表明,在燃料油WAF胁迫下,微藻生长过程中脂肪酸合成速率均受到不同程度的影响,尤其是不饱和脂肪酸16∶1和18∶4的δ13C值与油浓度(WAF)成大致的线性关系,这说明燃料油的毒害作用不仅使海洋微藻类不饱和脂肪酸合成过程受到影响,同时引起脂肪酸合成过程发生碳稳定同位素分馏效应。因此,部分不饱和脂肪酸如16∶1等可作为溢油对海洋微藻类胁迫程度评价的生物标志物。     

喀斯特小流域内不同背景区植物解剖结构与植物叶片δ~(13)C的关系研究

本文应用光学显微镜和电子扫描显微镜的方法测量了生长在贵州省清镇市王家寨小流域内不同背景区(喀斯特与非喀斯特)11种植物的叶片解剖结构,比较了不同背景区整体植物以及各样地之间相同植物的叶片解剖结构与其δ13C值的相关关系。研究结果表明,研究区内所有植物从非退化到退化过程中的叶片解剖结构与δ13C值呈现显著的正相关关系,喀斯特背景区的竹叶椒和小叶鼠李,非喀斯特背景区的粉枝莓、油茶和构树的叶片解剖结构与δ13C值也呈现显著的正相关关系,喀斯特背景区与非喀斯特背景区植物具有比较一致的变化趋势,而生长在两背景区的同种植物叶片解剖结构和δ13C值均无显著性差异。这说明了在本研究小流域内,由于光、热、水、气等外部影响因素的一致性,不同背景区从非退化样地到退化样地的发展过程中,植物叶片的解剖形态特征为了适应环境的改变而产生了相同的响应趋势,这些响应变化均与植物叶片的δ13C值具有正相关关系,尤其是石漠化样地上的植物叶片解剖形态特征以及其δ13C值对生境条件的响应是最迅速和最敏感的。     

商陆和烟草对锰胁迫的抗氧化响应研究

研究植物的重金属累积能力对于植物修复和植物冶金意义重大.Mn超累积植物商陆(Phytolacca americana L.)的耐性/累积机制至今还不清楚,为了研究商陆在Mn胁迫下的抗氧化酶作用,将萌发6周的商陆和烟草幼苗分别放入1 mmol·L~(-1)或3 mmol·L~(-1)的1/2 Hoagland营养液处理4 d,实验表明商陆叶片光合速率降低幅度显著低于烟草,而烟草MDA含量和电解质渗漏量增加幅度大于商陆.如1 mmol·L~(-1) Mn处理4 d后,与对照相比,商陆和烟草的光合速率分别降低13.3%和75.5%;烟草MDA含量和电解质渗漏量分别增加347.3%和120.1%,而商陆的MDA含量和电解质渗漏量没有明显增加,表明Mn胁迫对超累积植物引起的氧化损伤明显低于非累积植物.随着Mn处理浓度的提高和时间的延长,2种植物叶片SOD和POD活性均迅速增加,其中商陆SOD活性的增加幅度大于烟草;另外,商陆CAT活性持续上升,而烟草CAT活性显著下降.如在1 mmol·L~(-1) Mn处理下,商陆SOD、POD和CAT活性分别提高161.1%、 111.3%和17.5%;烟草SOD和POD提高55.5%和206.0%,而CAT下降15.6%,表明商陆的抗氧化酶,特别是CAT,能够有效地清除Mn毒产生的自由基.这些结果说明抗氧化酶的抗氧化能力是重金属累积植物商陆的Mn耐性机制之一.     

多氯联苯对两种红树植物光合作用和相对生长速率的影响

研究了多氯联苯(PCBs)对红树植物秋茄和桐花树的光合作用及相对生长速率的影响。结果表明,在所设PCBs浓度范围内,秋茄和桐花树能保持相对正常的光合色素水平,桐花树幼苗叶片的叶绿素a+b含量降低的幅度要小于秋茄,而叶绿素a/b值升高的幅度也小于秋茄;各浓度组秋茄和桐花树幼苗根和茎的干物重与鲜重的比值与对照相比均无显著性差异,桐花树幼苗茎的干物重与鲜重的比值小于秋茄,而根的干物重与鲜重的比值大于秋茄;各浓度PCBs对秋茄和桐花树幼苗的相对生长速率均具有促进作用,桐花树幼苗的相对生长速率小于秋茄。研究表明:两种红树植物在所设PCBs浓度范围内,均能正常生长,对PCBs均具有较强的耐性,而且桐花树幼苗对PCBs的耐性要强于秋茄。     

高温干旱对髯毛箬竹的叶和细根的生理生态影响

为了解全球变暖及其导致的高温干旱气候对地被竹生长产生的影响,通过模拟自然高温干旱条件,以髯毛箬竹为研究对象,分析其叶片气体交换、细根和叶片水势、抗氧化酶等生理生态反应过程与高温干旱的关系.结果表明:①不同高温干旱条件对髯毛箬竹的影响不同,对照组中常温条件下植株的光合速率为（7.141±0.072）μmol/（m2·s）,高温可明显提升蒸腾速率和气孔导度,极端高温条件下表现为非气孔限制因素导致光合速率〔（4.898±0.395）μmol/（m2·s）下降〕,并且收窄光合日进程的变幅;②中度干旱、高温+中度干旱、极端高温+中度干旱的条件下,光合速率的降低是由气孔限制因素导致;③重度干旱、高温+重度干旱、极端高温+重度干旱的环境将严重影响植株生理进程,高温加剧这一进程,具体表现为蒸腾速率、光合速率、气孔导度和水分利用效率显著下降;④对照组、高温组和极端高温组的细根水势谷值下降范围分别为（-0.111±0.033）~（-0.961±0.086）、（-0.173±0.060）~（-0.970±0.072）和（-0.304±0.061）~（-1.225±0.166）MPa,降幅比成熟叶片强烈;⑤高温和干旱对细根、成熟叶片3种抗氧化酶活性的影响一致,细根SOD活性大于成熟叶片,而CAT和POD活性则相反,因此,细根是髯毛箬竹适应高温干旱环境的重要器官,水分吸收器官比蒸腾器官敏感.研究显示,髯毛箬竹具有较好的抗高温和抗旱能力,一定范围内的高温和干旱能提升其叶片、细根的生理生态适应能力,特别是复合条件下,高温与干旱对其生长表现出协同作用,极端高温+中度干旱并不威胁其生存,高温、中度干旱及高温+中度干旱有利于驯化栽培,甚至在一定程度上能促进其生长;重度干旱则使植株叶片气体交换、叶片和细根的水分生理进程受损,不适宜长期重度干旱的环境,高温使这种损伤更加严重.      

长江口及其邻近海域表层沉积物的有机质物源变化分析

2013~2015年,在长江口-杭州湾及其邻近海区采集表层底质样品112个,进行总有机碳（TOC）、总氮（TN）、有机碳同位素（δ13C）、有机氮同位素（δ15N）和C/N的测定,得到碳氮元素的空间分布特征;并与2006年的数据对比,观察TOC、TN和有机碳δ13C的空间变化。将研究区划分为北部的长江水下三角洲和南部的浙闽内陆架沉积区两部分,结果表明:TOC和TN在北部由陆向海先升高后降低,在浙闽内陆架沉积区表现为向海增加,并在122°~123°E范围内的29°N附近出现高值;有机碳δ13C由陆向海变轻,且在长江水下三角洲比浙闽内陆架沉积区要低,变化较南部慢;2006年和2015年的数据对比表明,近年来,TOC和TN降低,有机碳δ13C变轻,碳氮元素的空间分布更加均一,这些变化在123.5°E以西的长江口地区表现得尤为明显。     

Insect damage influences heat and water stress resistance gene expression in field-grown popcorn: implications in developing crop varieties adapted to climate change

Warming climatic conditions can pose problems for crop production in many parts of the world, but detailed information on the expression of heat and drought stress resistance genes of potentially affected crop plants is lacking. This information is important to have in order to most efficiently guide the breeding of crops that are adapted to new climatic conditions. A maize (Zea mays) gene microarray, a method used worldwide to evaluate the expression of tens of thousands of genes at once, was used to investigate changes in expression of genes involved in resistance to heat and water stress in milk stage popcorn kernels from undamaged and insect-damaged ears. Popcorn is a form of maize that is more susceptible to heat and drought stress due to its smaller root system. In years of heat and drought stress, expression of many heat shock- and senescence-related proteins increased compared to the year when weather was closer to average conditions, but the expression of many genes related to drought stress resistance decreased in years of weather stress. A different complex of heat shock protein and water stress resistance protein genes had higher expression in kernels from undamaged compared to insect-damaged ears in years of heat and drought stress. These results indicate that the interaction of biotic components, such as insects, are important to consider in developing crop lines with adaptation to stress as this will help identify additional genes and their regulatory components involved in heat and drought stress resistance that might otherwise be overlooked, and will likely be an important strategy for the most effective development of climate stress-tolerant crops globally.     

Impact analysis of drought, water excess and salinity on grass production in The Netherlands using historical and future climate data

The coupled SWAP-WOFOST model was used to study the effects of increasing salinity of groundwater, drought and water excess on grass production in The Netherlands. WOFOST simulates crop growth and SWAP simulates transport of water, solutes and heat in the vadose zone. The model was tested using several datasets from field experiments. We applied the models at regional scale where we quantified the impact of various groundwater salinity levels on grass growth and production using historical weather data (1971-2000). The salt concentrations in the subsoil were derived from the National Hydrological Instrument. The results show that salinity effects on grass production are limited. In wet years the excess rainfall will infiltrate the soil and reduce salt water seepage. In a next step we used future weather data for the year 2050, derived from 3 Global Circulation Models. From each model we used data from two CO₂ emission scenarios. As expected higher temperatures increased drought stress, however, the production reduction as a result of salt water in the root zone is limited. Salt stress mainly occurred when irrigation was applied with saline water. The increased CO₂ concentration in combination with the limited drought stress resulted in increasing simulated actual and potential yields. Overall conclusion for grassland in The Netherlands: drought stress is stronger than stress caused by water excess which on its turn is stronger than salinity stress. Future water demand for irrigation may increase by 11-19% and result in water scarcity if water supply is insufficient.     

碱矿渣材料协同耐盐植物强化人工湿地净化高盐水体的效果

为深入探讨人工湿地中耐盐植物协同基质材料在高盐条件下净化水体的作用机理,以美人蕉(Canna indica L.)、互花米草(Spartina alterniflora Loisel.)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)三种植物为研究对象,探讨了植物协同单一填料、复合填料,在不同碳氮比、盐度条件下,各装置对受损高盐水水质的净化效果,在对系统内植物的酶活性、植物根际与填料表面微生物多样性与群落结构分析基础上探讨其净化机理. 结果表明:①当碳氮比为4∶1、盐度为15时,含碱矿渣材料的海三棱藨草装置(CW-Sc)对TN、TP、COD的净化效果最佳,净化率分别为45.38%、78.89%、50.32%. ②CW-Sc装置中植物叶片酶活性、可溶性糖、蛋白及过氧化氢酶(CAT)含量较高,丙二醛(MDA)含量较低,表明植物受损坏程度低. 碱矿渣材料协同植物可提升可溶性糖、蛋白含量及保护酶的活性,增强湿地植物修复受损水体的效果. ③碱矿渣材料电镜扫描(SEM)结果表明,海三棱藨草装置中碱矿渣材料对微生物的挂膜效果与其他装置差异显著. ④CW-Sc装置中植物根系微生物和填料表面微生物群落的丰度、多样性和结构分布状况较佳,碱矿渣材料可有序优化装置内微生物结构分布,协同发挥菌群优势;植物根际革兰氏阴性菌、杆菌比例显著提高,使系统在运行过程中逐渐适应盐胁迫,提升微生物蛋白质直系同源基因簇(clusters of orthologous groups of proteins, COG)功能的丰富度,强化湿地中污染物的降解效果. 研究显示,在高盐条件下耐盐植物海三棱藨草协同碱矿渣材料能够提高湿地系统对污染水体的净化效果,可为近海、滨海高盐水生态修复提供一定参考依据与理论技术支撑.      

植物及土壤碳同位素组成对环境变化响应研究进展

植物和土壤的δ13C（碳同位素组成）能可靠记录环境信息,综合反映植物的生理生态特征以及碳循环过程中的生物化学过程,为人们理解生态系统碳循环提供有用信息.因此,研究植物和土壤的δ13C与环境因子的关系可以揭示生态系统碳循环的格局及其控制因子,进而有效预测全球变化及其对生态系统的影响.对植物和土壤的δ13C以及二者的差值（Δδ13C）与气候因子（如温度、降水量、大气压强等）、土壤因子（如C/N、土壤质地、土壤pH等）的关系进行了综述.现有研究表明:C₃植物的δ13C与降水量、大气压强均呈负相关,与温度的关系非常复杂,而针对C₄植物和在群落水平上开展的研究还较少;土壤δ13C与降水量、土壤C/N、土壤w（粉粒）及w（黏粒）均呈负相关,与温度、土壤pH、土壤w（砂粒）均呈正相关,然而环境因素间的耦合作用使得情况复杂化,多种环境因素的匹配关系究竟如何影响土壤δ13C的机制问题仍有待深入研究;Δδ13C能够更加全面准确地反映土壤碳循环信息,但对其与环境因子关系的研究较少,并且影响Δδ13C的驱动因子及机制也不明确.因此,在土壤-植物体系内,同时在物种和群落水平上,进行植物和土壤δ13C特别是Δδ13C与环境因子关系的研究,能够更加准确地预测和揭示环境变化对生态系统碳循环的影响,这也将是今后该领域的研究重点.      

外源钙盐对盐胁迫下沙拐枣渗透调节和膜脂过氧化的影响

为了解外源钙对缓解沙拐枣（Calligonum mongolicum）盐胁迫的主要生理机制,采用盆栽法探究在0、100、200 mmol/L的NaCl胁迫下,分别添加5、10、15和20 mmol/L的Ca（NO₃）₂对沙拐枣同化枝中w（脯氨酸）、丙二醛含量、w（可溶性蛋白）、w（可溶性糖）的影响.结果表明,单独添加Ca（NO₃）₂使沙拐枣同化枝内w（脯氨酸）、丙二醛含量、w（可溶性蛋白）以及w（可溶性糖）增加,即Ca（NO₃）₂对沙拐枣的生长造成了胁迫.对w（脯氨酸）、丙二醛含量、w（可溶性蛋白）、w（可溶性糖）来说,NaCl和Ca（NO₃）₂之间均存在极显著的交互作用,与对照相比,在c（NaCl）分别为100、200 mmol/L,添加c[Ca（NO₃）₂]为10、20 mmol/L时,w（脯氨酸）显著增加,分别达到最大值（736.7、1 086.3 μg/g）;丙二醛含量分别降低了37.8%和40.5%,w（可溶性蛋白）以及w（可溶性糖）均增加.总之,适宜浓度的钙盐通过增加渗透物质w（脯氨酸）、w（可溶性蛋白）及w（可溶性糖）,降低丙二醛的含量来有效缓解盐胁迫对沙拐枣幼苗产生的伤害,当c（NaCl）/c[Ca（NO₃）₂]为10:1时,缓解作用最佳,并且钙盐对沙拐枣盐胁迫的缓解属于抗性诱导的调节作用.      

树木水分胁迫和抗旱性机理研究进展

本文从植物对干旱胁迫的反应和抗旱指标、光合作用和蒸腾作用和水分利用效率等研究途径,以及人工采取的抗旱措施等方面阐述了森林植物的抗旱性机理研究现状,并提出了今后研究的重点方向。     

Anatomical and physiological divergences and compensatory effects in two Leymus chinensis (Poaceae) ecotypes in Northeast China

The purpose of this study was to investigate the anatomical and physiological differences between two Leymus chinensis ecotypes coexisted in semi-humid meadow and semi-arid steppe. The study addressed the hypothesis that, at same habitat, the two ecotypes exhibit remarkable divergences in adaptive strategies under drought and salinity, and the function of these strategies is compensatory. Leaf samples were collected from each type at the two sites in field. Sections of 2 cm × 2 cm were cut from the middle of fully expanded leaves and fixed in FAA. Leaf anatomical traits (e.g. stomatal density, leaf thickness and vessel diameters) were examined, and leaf mass per area (LMA), relative water content (RWC), proline, K⁺ and Na⁺ were measured. Compared with the gray green type (GG), the yellow green type (YG) with relative greater LMA and leaf thickness, lower stomatal density and index exhibited more obvious xerophil-liked anatomical traits, while higher RWC, proline, K⁺ and K⁺/Na⁺ for the GG type suggested that the ability of osmotic adjustment and salt tolerance of the GG type were stronger than the YG type. Stronger xerophytic anatomical traits were the supplementary strategies of the YG type for its low ability of osmotic adjustment and salt tolerance to drought and salinity.Concluding, there exist significant differences in anatomical and physiological strategies between the two ecotypes and the compensatory effects of these strategies enable the two ecotypes coexist at similar habitat.